5年前，作者在一篇題為“醫療成像的未來”的文章中發表了他們對于醫療成像未來發展趨勢的看法?，F在，這篇文章將回顧這些對未來的展望，來仔細想一想那些已經發生的變化，并重新審視醫療處理技術的未來。

　　醫療領域未來發展的主要推動力仍然與5年前一樣：實現個性化的醫療保健。不出所料，在這個方面已經取得了一些進展，其進展速度要超過預期，其原因主要是由于手機等智能硬件和應用程序以及云端等技術發展迅猛。

　　另外一個仍在不斷向前發展的趨勢就是醫療保健已經從面向診斷和治療轉向預防，與此同時，這三個領域也在不斷地改進與提高?？蓮脑贫双@得的大量醫療數據為這項工作提供了幫助，但是受到了合法性以及共享醫療信息處理，還有從如此大量的數據中獲取有用信息的能力的限制。與往常一樣，技術將使用運行高級分析、針對工作量進行優化的服務器為數據分析以及把有用信息發送給個人云端做好準備，從而推動醫療保健向著預防性（或者成為“可預期”）醫療的方向發展。

　　個性化和高精度器件

　　隨著技術的進步，有一個全新的觀點在增強技術系統的運轉能力。Clifford Dacso醫生，德州休斯頓Baylor醫學院的教授和研究員，給出了如下表述：“在描述醫學時，人們主要持四種觀點：1）認為治療有所幫助，而又沒有副作用，2）認為治療有幫助，但是有副作用，3）認為治療無用，但是也沒有副作用，4）認為治療無用，又有副作用。到了該使醫療個性化的時候了。 ”

　　Dacso醫生所指出的是一個長期存在的醫療傳統，為了便于管理，將病人分組，每組的治療方法都是一樣的，而不是把每個病人視為單獨的個體，在治療時也是如此。與很多這個領域的預言家一樣，Dacso醫生相信個性化醫療的變革正在到來，而這將帶來巨大的優勢。

　　他還說到：“我們都會在某一天死于一種慢性病。這意味著我們或者完全消除這場災難性的疾病，或者使它們變成慢性病?！彼裕坏珣撘蛉耸┚?，而且醫療也將從治療慢性病向預防慢性病的產生或者至少預防這些慢性疾病的急性發作方面轉化。

　　這個預見性看法的關鍵一個方面就是增加醫療的準確性。Emad Ebbini醫生，明尼蘇達大學電氣和計算機工程教授，國際治療超聲學會主席，相信：“高精度將帶來安全和高效的方法，”所以，能夠實現醫療個性化的技術也會使醫療更加精確。準確度將使治療更加安全，更加連貫，成本也更低，與此同時，能夠更加廣闊地覆蓋到我們全社會的各個角落。

　　技術更新換代

　　從上一篇文章的發表到現在，在技術領域已經發生了很多的變革。三個價值指標：即性能、價格和功耗都已經有了很大的發展。以智能手機和平板電腦的形式所提供的功能強大的計算機隨身攜帶，幾乎從不離身。另一方面，云計算將這些設備連接在一起，并提高了它們的性能，明顯改變了我們對醫學和醫療成像的看法。

　　智能硬件

　　我們隨身攜帶的計算機的作用已經越來越多，不再僅僅是一部電話、一臺照相機或者是音樂播放器了。應用程序可實現游戲、投資追蹤、飲食管理和搜集生命體征信號。而這僅僅是開始。

　　云計算

　　云計算已經出現很多年了，但在之前它被稱作互聯網?，F在，它的范圍和功能已經大大擴展，隨處可見、無處不在。這是一種生活的方式。將我們與云端的接口（比如說智能手機等）遺忘在家里會給我們的生活帶來不少麻煩。

　　大雜燴和云端

　　全新的趨勢是將所有東西都與云端相連接，無一例外，而不僅僅是智能手機。所有類型的傳感器（甚至是醫療傳感器）也可被連接到云端上，而也會出現微云端。智能手機在受到較大云端控制的同時也可以控制很多智能傳感器。智能手機成為個性化的微云端，而較大的云端也許就成為了家庭、汽車、咖啡店或者辦公室內使用的云端。當然，所有這些都通過更多的云端彼此連接在一起。云端周圍的“大雜燴”與圖1中顯示的云端周圍的“集群”概念相類似，但是這個術語更加正面和積極，這是因為它可被用來將所有類型的有用物件都連接至云端，從而實現個性化健康的無限前景。

　　圖1.云端周圍的集群。

　　聯網住宅

　　集群和云端使我們可以用目前只在醫院和診所才能看到的很多診斷工具來為住所提供設備和器械。將不間斷地監視生命體征，而健康的其它方面也處于持續的詳細觀察之下。隨著云端和集群普遍地滲入到我們的生活當中，住所以外的健康監視的中斷和差異也將被緩解。監視將成為一個連續不斷的活動，不論人們走到哪里，它都伴隨左右。借助這項觸手可及的技術所帶來的全部優勢，醫生的意見開始變得不那么重要了。而第一診斷就是這項技術持續監視生命體征和其它健康方面。而這條提供給醫生的第一診斷使得醫生能夠更好更早地給出意見，這樣的話，目的就不是治療疾病，而是去預防疾病的發生，這又與之前提到的預防性醫學的發展趨勢緊密結合在一起。

　　由于把不斷采集個人數據的即將廣泛應用的傳感器與用于數據分析的高級算法和計算能力組合在一起，技術將能夠給出第一診斷。

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　　技術內的分析

　　視覺研究中一個不斷向前發展的領域就是看懂人類：他們在干什么、他們的感覺怎么樣、他們的目的是什么等。雖然這項研究在安全、零售、汽車和其它領域有著巨大的發展潛能，但它也在個性化醫療的未來發展中扮演著很重要的角色。

　　想象一下，一個住所配備了數百個小型、廉價、高功效傳感器，而這些傳感器全都連接到一個處理機器上。這個計算引擎可以是一部智能手機、家用計算機或者是一個遠程連接，所有的處理都在其它地方完成。我們暫時將它稱為一個私人云端。

　　一個私人云端將從家用傳感器網絡中獲得信息，并且運行高級分析算法，對數據進行分析。來自視覺傳感器的數據將在人員檢測和分割，動作識別，到面部、頭部和眼睛跟蹤等應用中使用。

　　5年前，作者描述了一項技術，在住所中，當有人摔倒或者甚至當某個人開始步履蹣跚時，這項技術就能夠感測到。與這些功能一樣有用的是，在賦予處理來自視覺、聲音和生物識別傳感器的數據的功能時，它們實現起來是十分簡單的。個人云端將能夠注意到隨時間推移而逐漸形成的細微變化，并且在適當的時候提醒人們或是他們的醫生。例如，它可以檢測到能量水平的變化，并將它與特定的事件關聯起來—也許是藥物的變化或者是某一餐中飲食的變化。它甚至可以繪制你的情緒圖表，也許會或者不會幫助你避免那些在醫療方面對你并不是最有利的特定活動（或遇到某個人）。

　　這聽起來好像這項技術離我們還很遠，但是5年前我們在歷史上還從未看到一款消費類設備如此的大賣：微軟的Kinect2。運動感測輸入設備通過理解手勢和身體位置的含義使家庭游戲發生了根本性的變化。除了游戲，3D成像也被一家名為Mantis-Vision的公司用來捕捉3D中的空間3。例如，一旦被捕捉，就可以在警察局電子重建犯罪現場。隨著這項技術在今天已經變成現實，我們可以想象一下，用數十個或者數百個傳感器采集這種類型的數據，并將這些數據附加到私人云端上。其中的可能性已經遠遠超過這篇白皮書所能夠預見到的范圍。隨著在云端中采集到所有這些數據，并將它們精簡為有用的信息，醫生就可以詢問不同種類的問題：那些根據這新信息提出的問題。在某些情況下，醫生在診斷時將不再需要向病人詢問相關情況，這是因為個人技術所采集到的信息對于醫生的診斷已經足夠了。

　　云端對于醫療的一個貢獻就是將護理人員與與看護的病人分離開來。在使用云端時，護理人員沒有必要與被看護的病人住在一起。他們可以住在另外的住所、城鎮或省份內，而他們仍然能夠在被看護人單獨居住時了解病人的情況。例如，虛擬住所呼叫已經在全世界范圍內使用。虛擬住所呼叫具有一定的優勢，特別是對于那些醫生數量較少的地區，更不用說那些可以進行遠程醫療的地區了。而這一切所必需的就是醫生和病人要能夠訪問云端。

　　除了虛擬住所呼叫，下一步可能就是遠程外科手術。而在外科手術中，技術恰恰能夠滿足它的其中一項最高性能處理要求。對于外科醫生與病人之間的極低延遲（拖延）的要求，準確手術所必需的高精度圖像處理要求，以及對無障礙溝通的需要是參與此項技術的專業人士經常談到的內容（病人更是如此）。

　　圖2. 虛擬醫療的未來發展也許是遠程外科手術。

　　這一切聽起來就好像是科幻小說一樣，但是卻與電話領域取得的技術進步使視頻通話成為主流有可比之處。諸如SkypeTM和FacetimeTM的視頻通信系統已經使視頻會議變得再普通不過了。不久之前，視頻會議還為企業人群所專享，即使在那個時候，也不是很好用—建立連接很困難、視頻畫面質量差、延遲過大、說話含糊不清會嚴重影響通話質量，并且系統的智能性不高，不知道將攝像頭指向誰或指向何處。這種使用體驗看起來已經一去不復返了，大多數人寧愿進行視頻通話，也不用傳統的音頻通話，并且他們一點兒都不擔心視頻通話的質量。不用太久，在整個醫療領域內，對于遠程手術或虛擬住所呼叫的顧慮也就不復存在了。

　　超低功耗

　　除了處理需求，超低功耗 （ULP） 器件領域內的技術也已經得到提升。ULP領域內的一個主要研究示例就是MIT的Anantha Chandrakasan博士和他的學生們所進行的一項工作。他們用體溫支持器件的運行4，從而展現出他們在ULP處理器方面的創造能力，并向我們展示了如何利用加速器進行超低功耗處理5以及從生物源中采集能量。MIT在推動ULP技術發展方面并不孤單。另外值得一提的是，一家名為Rainbow Medical7的風投公司所推動的研究工作，這家公司在以色列為新技術的開發和基于這項技術的醫療設備提供資金支持。這些技術開發中的其中一項就是使身體能夠產生植入技術持續運行所需的能量。他們都屬于醫療技術的創造和使用范疇。

　　ULP的一項早期用途就是恢復盲人的視力。十多年前，當Mark Humayun醫生與他的團隊在約翰霍普金斯大學夢想著有一天能夠開發出一種幫助盲人恢復視力的技術時，德州儀器 （TI） 的幾名創新者開始與Mark Humayun博士接洽。目前，在南加州大學，Humayun醫生和他的團隊已經為那些患有視網膜色素病變和黃斑病變的病人提出了經認可的治療方法。下面的內容引用自James Weiland醫生對于研究團隊所取得的成功的評價：

　　“正如論文中描述的那樣，FDA批準的商業植入具有60像素。在研究方面，我們已經用240像素測試了整個系統，現在正在研究具有1000像素的系統，但是這些系統還不能在病身上使用。為了改進病人的整體表現，我們可以采用外部攝像頭處理系統來優化我們提供給病人的信息。我們已經表明的是，機器視覺可以識別一個無障礙路徑（通過使用立體視覺），并表明我們可以檢測和識別列表中的物體?！?/p>

　　這是一條很有力的陳述。通過使用機器視覺，之前失明的病患現在可以具有60像素的視覺，在未來也許能夠提高到1000像素。這真是太神奇了。

　　另外一個使用不同技術、成本向量的示例來自一家名為CNOGA的以色列公司。它的技術使用視頻攝像頭，非侵入式地測量生命體征和生物標志物，諸如血壓、脈搏、血氧量和二氧化碳含量、血色素或者血糖水平。只通過關注使用人員的皮膚或者內部毛細管組織來形成實時的彩色組織攝影即可實現這一功能。這項技術的未來應用可以形成對于癌癥和慢性破壞性肺部疾病的非侵入式生物標志識別診斷方法。

　　通過與Yosef Segman醫生，CNOGA公司的CEO的詳談，它的功能范圍似乎還未被完全開發出來。而這項技術在家庭和社區中的應用也是早晚的事情。這項技術的應用將使老年人的生活更加健康和舒適，最終通過無處不在的非侵入式監視使人們可以在家中安享舒適地度過生命的最后一段日子。

　　的確，這一切聽起來像科幻小說中的情節，但是它正在發生著，并在我們的日常生活中變得越來越真實。在剛播出不久就很悲催地被砍掉的電視節目“螢火蟲，”中，一個角色曾經談到，“這聽起來就像科幻小說中的東西。”他的妻子回答道，“親愛的，你住在太空船中?！边@就是醫療進步已經實現的內容。未來聽起來像科幻小說，但是每天的進步卻證明事實并非如此。

　　應用程序

　　不論任何人，只要他已經下載了計算卡路里、鍛煉追蹤或者監視睡眠的應用程序，那么他就能夠看到醫療在過去5年間已經變得多么個性化。

　　圖3. 跟蹤個人健康指標的應用程序是實現個性化健康技術的關鍵

　　這些應用程序只是個性化醫療保健革命的第一步。目前提供的大多數應用程序用于追蹤、監視和采集信息。現在有用醫療應用程序的數量十分驚人，這也催生出幾個網站幫助管理和指引所有這些應用程序。網站iMedicalApps稱自己為移動醫療方面的領先醫生發布，并且每周給出已發布的知名醫療應用程序。在一個近期的列表中，這個網站回顧了應用程序UCheck和Dysnatremia。UCheck使用一個套間來執行半自動的尿液分析。而Dysnatremia將自己描述為能夠使醫生對患有低血鈉癥和血鈉過多疾病的病人執行差別化診斷的工具。

　　這兩個應用程序都標志著未來的發展方向—將能夠診斷醫療情況的應用程序，從而在看病前提供第一診斷。

　　另外一個示例就是由達特茅斯工程畢業生開發的早期疾病監測智能手機應用程序。他們使用汗液采集設備，通過被稱為密度計量學的技術來確定身體汗液內蛋白質的含量。使用從生物傳感器中獲得的信息，這款應用程序被設計成捕捉阿爾茲海默病到二型糖尿病在早期發病階段所能夠提供的任何信息。

　　未來對于我們意義重大。在某一天，全身掃描將成為年度體檢的一部分，從而更好地診斷健康問題，其中也包括盡早預知問題，主動應對而不是被動地應付。當我們找到發明三度儀的方法，另外一個曾經被認為只存在于科幻小說中的技術時，這也將使這項技術在個人領域內找到用武之地。

　　數字信號處理

　　半導體技術進步的一個方面就是使用其快速增長的性能，在信號處理領域內找到全新發展方向的能力。隨著發現新信號并找到處理這些信號的全新方法，“驚喜”時刻將層出不窮。而最近的一個“驚喜”時刻就是一家吉他公司發現了一個全新的處理算法。

　　整個過程是這樣的：

　　德州儀器 （TI） 受邀請拜訪Paul Reed Smith吉他公司，去評估這家公司創造的一個全新信號處理技術。這項技術的用途是去解決電吉他的延遲問題。這個問題的解決方案并不源自傳統的數字信號處理領域，也就是說他們既沒有重新發現DSP，也沒有發現DSP的任何全新用途。而結論就是，這是個新事物，而令人激動的是看到這一全新的理念在醫療應用領域派上了用場。也已經有醫療研究人員對這項技術可以實現的功能給出了評論，除了其它功能外，這項技術可以顯著地減少拍攝X光照片時所需要的輻射量。

　　在醫療領域，有一些技術的當前應用范圍聽起來有點兒超前—很難相信這些技術已經切切實實地存在了。而真正使我們感到激動的一個方面就是想象一下這項技術將把我們帶向何處。

　　此類技術中的一個就是增材制造 （AM） 技術。通過將數層結合在一起的增材工藝，這項技術每次制造一層有形物體。這項也被稱為3D打印的技術掌控著醫療領域的美好未來。

　　在一篇2013年5月發表在新英格蘭醫學期刊上的文章中，密歇根大學的兩位醫生描述了他們是如何通過植入生物可吸收氣管夾板挽救了一個嬰兒生命的。這個生物可吸收氣管夾板由3D打印機制造，所使用的信息來自計算得出的患兒呼吸道的光學斷層圖像。以下是這篇文章令人吃驚的結論：

　　“這個病例顯示出，高分辨率成像、計算機輔助設計和生物材料三維打印組合在一起可以加快和簡化那些用于指定患者所特有的解剖學疾病的可植入設備的創造和生成?！?/p>

　　有哪些疾病是可以用定制的專用可植入設備醫治或者緩解，想到這一點就會令人興奮。但是，3D打印的功能絕不僅限于此。Bespoke Innovations（定制創新公司）使用3D打印生產定制的義肢，除了在制造時能夠滿足提出的任何需要，它的價格也只是使用傳統方法所生產的人造肢體的十分之一。

　　目前有幾個地方正在使用3D打印制作病人身體部分的準確模型，這樣可以使外科醫生團隊提前仿真整個手術過程，進而轉化為更加安全、準確和有效的手術。

　　這項技術改進外科手術的另外一個方法就是盡可能地提高精度水平。為高強度聚焦超聲波 （HIFU） 領域提供高性能實時信號處理的能力生成了這些領域中另外一個目前還不太使人能夠相信的領域。

　　Emad Ebbini醫生（我們在上文引用過他說的話）相信，在診所中顯示出良好發展前景的多種應用中，HIFU真正開始顯現出它的技術優勢和廣闊的應用范圍。數據處理和信號處理方面的改進提高了超聲波與身體組織之間相互作用的特異性，從而有可能在mm以下范圍內實現聚焦治療。這意味著高特異成像模式，范圍從單純的熱成像到機械成像，以及期間二者兼具的成像模式。終端應用的例子包括有針對性的腫瘤熱療，高度局部化給藥，其中包括使用超聲波的機械效應來生成瞬態效應，通過血腦屏障用藥。

　　最近推出和展示的雙模式超聲波陣列 （DMUA） 系統進一步加強了HIFU在非侵入式手術中的高度有效和安全使用的發展前景。DMUA能夠提供治療級別的聚焦超聲波，并使用同樣的換能器元件對組織響應進行成像。成像和治療坐標系統之間的固有記錄，連同實時自適應重聚焦使解決治療期間的組織運動和變形問題成為可能。高性能計算 （HPC） 解決方案使得醫生能夠將精力放在用虛擬手術刀（毫米大小的HIFU焦點）實時跟蹤目標組織。這項技術將在諸如腎臟神經隔離的應用中用完美的精度實施無出血外科手術。腎臟神經隔離是最近提出的一種治療高血壓的方法，而傳統醫療方法對于此類病患不起作用。

　　這是HIFU，3D打印和其它技術進步在提升我們的健康水平、改進治療方法和獲得健康生活的能力方面具有巨大的發展潛力。并且由于云計算的使用，健康狀態將常伴我們左右。諸如大數據、分析、數據挖掘、高性能計算和智能傳感器等全新概念正在開始充斥在我們的日常生活中。所有這些新技術、新概念組合在一起，相互作用，將會獲取浩如煙海的醫療數據，并為醫生提供那些保持和恢復病患健康所需要的信息。他們將為我們提供一個之前只存在于我們腦海中的未來。

　　這些技術將：

　　-根除災難性疾病

　　-控制慢性病

　　-使人們在家中舒適地度過生命中的最后時光

　　那么，我們對醫學領域能夠有什么期待呢？簡單來說，想象力是唯一的限制因素（是的，還會受到光速的限制）。我們將光速包括在內的原因是性能的提升在很大程度上由我們對光速的控制程度所決定。但是假定這兩個限制條件不會失效；個人健康就在我們的掌控之中。我們周圍的技術將給出第一診斷，并請醫生為病患提供第二并有可能是最終的診斷。隨之而來的是更加具有預防性而不是介入和干預的處理手段。隨著慢性病受到控制，災難性疾病被減弱為慢性病，人們將最終舒適、愜意地度過他們的一生，并且期待著未來科幻小說中的技術變為現實。

　　我們5年后再見。

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